JP5381119B2 - A method for producing sugars from the bark raw materials - Google Patents

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雅蘋 趙
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Description

本発明は、木本植物の樹皮を原料とする新規な糖化方法に関する。 The present invention relates to a novel method for saccharification of the bark of woody plants as a raw material.

地球温暖化を抑制するための二酸化炭素排出削減策の一つとして、バイオマスをエネルギーに転換して得られるバイオエネルギー開発が行われている。 One of the carbon dioxide emissions reduction measures for suppressing global warming, bioenergy development obtained by converting biomass into energy is being performed. バイオマス転換の方法としては、多数の著書(非特許文献1〜4)に示されているように、熱分解、ガス化、嫌気性発酵などが広く行なわれているが、その中でも、バイオマスに含まれる糖質を発酵することによりエタノールを得る方法が広く研究されている。 As a method of biomass conversion, as shown in a number of books (Non-Patent Documents 1 to 4), pyrolysis, gasification, but such anaerobic fermentation has been widely, among them, included in the biomass method for obtaining ethanol by fermentation of sugars that has been widely studied. エタノールは液体燃料として、特に輸送用燃料として利用することが可能であり、既にアメリカやブラジルではトウモロコシやサトウキビから得られるデンプンや砂糖を原料としてバイオエタノールを製造するプロセスが実用化されている。 Ethanol as a liquid fuel, it is possible in particular to use as a transportation fuel, already the process in the United States and Brazil to produce bioethanol starch or sugar which is obtained from corn and sugar cane as a raw material has been put to practical use. これらの原料ではガソリン価格が高騰した場合、本来、食用として生産されたはずのトウモロコシやサトウキビなどがバイオエタノール原料として流用されることが指摘されている。 If the gasoline prices were soaring in these raw materials, the original, such as should of corn and sugar cane were produced as edible it has been pointed out to be diverted as bio-ethanol raw materials. そこで、食料とは競合しない未利用バイオマスを原料としたバイオエタノール生産が求められている。 Thus, bio-ethanol production there is a need for the unused biomass that does not compete with food as a raw material.

未利用バイオマスとしては稲ワラやバガスなどの草本系バイオマスと林地残材や間伐材などの木質系バイオマスがあげられる。 Wood-based biomass such as herbaceous biomass and forest residue and thinned wood, such as rice straw and bagasse as unused biomass, and the like. このうち稲わらやバガスなどの草本系バイオマスは一般に単年生であり、年間における入手可能な期間が短く、単位体積あたりの重量(以下、容積重)が低い(150以上、300kg/m 3未満)。 Herbaceous biomass, such as these, rice straw and bagasse is generally a single year, short period available in annual, per unit weight (hereinafter, test weight) is low (150 to less than 300 kg / m 3) . 一方、木質系バイオマスは一般に多年生であるため、通年で入手可能であることと、容積重が高い(300kg/m 3以上)ことが特徴であるといえる。 On the other hand, woody biomass is generally perennial, and it is available throughout the year, a high volume heavy (300 kg / m 3 or more) can be said to be characteristic. 草本系バイオマスでは短期間で排出される原料をストックするヤードが必要であるのに対し、木質系バイオマスではこのような心配が無く、さらに容積重が高いために原料の輸送コストも低く抑えることが出来ると考えられる。 While the herbaceous biomass is necessary yard for stocking the material being discharged in a short period of time, such worries rather than woody biomass, it is possible to suppress transport costs of the raw materials is low for more high volume weight It is considered to be.

一方、パルプ材や建材利用を目的とした事業植林が活発に行われており、国内企業が行う海外植林面積は40万haに達するとも言われている。 On the other hand, business afforestation for the purpose of pulp material and building materials use have been actively carried out, overseas afforestation area carried out by the domestic companies are also said to reach 400,000 ha. このうち、大多数を占めるのがパルプ材として植栽されているユーカリである。 Of these, a eucalyptus occupy the majority are planted as pulpwood. ユーカリは成長が早く、10年程度で伐採が可能となることから、既に伐採、チップ化を経て国内でのパルプ製造が行われている。 Eucalyptus fast growth, from the fact that it is possible to harvest in about 10 years, has already cut down, it is carried out pulp production in the country through the chip.
樹木は細胞分裂が活発な形成層を境界にその内側の木部と外側の樹皮に分けられる。 Trees are divided into wood and the outside of the bark of the inner vigorous forming layer cell division boundary. 若いユーカリでは、樹皮は木部と比べてリグニン含量が比較的に低く、可溶性成分を多く含み柔軟である。 In young eucalyptus, bark is relatively lignin content compared to the xylem low, flexible rich in soluble components. さらに、樹皮は死んだ組織の外樹皮と生きている組織の内樹皮に分けられる。 In addition, the bark is divided into the inner bark of living tissue and the outer bark of dead tissue.

外樹皮は主に周皮あるいはコルク層からなり、木材組織を機械的損傷から守るとともに、温度と湿度の変動を小さくしている。 Outer bark consists mainly pericytes or cork layer, in addition to observing the wood structure from mechanical damage, and to reduce the variations in temperature and humidity.
内樹皮は師要素、柔細胞および厚壁細胞からなり、師要素は液体と栄養素の運搬の機能を持ち、柔細胞はデンプン等の栄養素貯蔵の機能を持ち、内樹皮の師要素間に介在する。 Inner bark is element consists parenchyma cells and thick-walled cells, master element has the function of transporting the liquid and nutrients, parenchyma cells have the function of nutrient storage such as starch, interposed between teacher component of the inner bark . 厚壁細胞は支持組織として機能し、木部の年輪と同じように層状に観察され、形によって靭皮繊維とスクレレイドとに区別される。 Thick-walled cells acts as a support structure, are observed in layers like annual rings of wood, it is distinguished in the bast fibers and Sukurereido by shape.

樹皮組織は、大きく分けて、繊維、コルク細胞及び柔細胞を含む微細物質からなる。 Bark tissue is mainly composed of fine material containing fibers, cork cells and parenchyma cells. 樹皮の繊維は、木部の繊維と化学的に似ており、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる。 Fibers bark is similar to wood fibers and chemical, cellulose, consisting of hemicellulose and lignin. コルク細胞及び柔細胞を含む微細物質には多量の抽出成分が存在し、コルク細胞の壁にはスベリン類が、微細物質画分にはポリフェノール類が多い。 The fine material containing cork cells and parenchyma cells exist a large amount of extractives, the wall of the cork cells suberic acids are the polyphenols often the fines fraction. このように、樹皮は木部と異なり多くの有用な可溶性成分を含有し、その量は乾燥質量の20〜40%に達し、しかも繊維画分には木部と同様な繊維質を有しているという優れた性質を有している。 Thus, bark contains many useful soluble components different from wood, the amount reached 20-40% of the dry weight, yet the fiber fraction has a wood and similar fibrous It has excellent properties that are. しかし、樹皮は、材木用途では使用されず、製紙工程のパルプ化の際には、わずかに混入してもパルプの品質を低下させるため、枝や根とともに植林地で肥料として土壌に戻されるか、製材工場又はチップ工場で剥皮され焼却されており、木質系バイオマスとして有効利用されていない。 However, if the bark is not used in the timber application, the time of pulping paper making process, to reduce the quality of the pulp be slightly mixed, and returned to the soil as fertilizer in plantations with branches and roots is peeled at a sawmill or chip plant are incinerated, not effectively utilized as a woody biomass.

木質系バイオマスからバイオエタノールへの転換方法としては、多数の著書(非特許文献1、非特許分文献2、非特許分文献3)に示されているように、様々な方法が研究されてきているが、その中でも、酸糖化法又は酵素糖化法により単糖化した後、発酵によりエタノールを得る方法が広く研究されている。 The conversion process from woody biomass to bioethanol, many books (Non-Patent Document 1, Non-Patent fraction Document 2, Non-Patent min Document 3) as shown in, various methods have been studied It is, but among them, after monosaccharification by acid saccharification method or enzymatic saccharification, a method for obtaining ethanol has been studied extensively by fermentation.
酸糖化法は硫酸などの無機酸によって木質バイオマスを加水分解して糖を得る方法であり、その濃度によって、希酸法と濃酸法が提案されている(特許文献1および2)。 Acid saccharification method is a method of obtaining a saccharide by hydrolyzing woody biomass with inorganic acids such as sulfuric acid, by its concentration, dilute acid method and the concentrated acid method has been proposed (Patent Documents 1 and 2). 希酸法では、温度、圧力がともに高く、添加した酸により装置が腐食してしまう。 The dilute acid process, temperature, pressure both high, apparatus becomes corroded by the added acid. さらに生成した糖類と酸を分離するのが困難で経済的に有効な酸回収方法がない等の問題がある。 There are further generated saccharides and difficult economically effective acid recovery process to separate the acid is not such a problem. また、濃酸法は、比較的に温度および圧力が低いため、安価な反応装置材料が利用でき、グルコースの収率も高い。 Further, Kosanho, since temperature and pressure is low relatively, available inexpensive reactor materials, even the yield of glucose high. しかし、希酸法と同様に生成した糖類から経済的に有効な酸の分離・回収法がないため、多量の廃酸が発生するという問題がある。 However, since there is no dilute acid method and separation and recovery method of economically active acid from sugars produced in the same manner, there is a problem that a large amount of waste acid is generated.

酵素糖化法はリグノセルロースをセルラーゼやヘミセルラーゼ等の酵素によって糖化する方法であり、酸糖化よりも穏和な条件で糖化が可能であることから、装置材質の制限がなく、排出物の処理も簡便である。 Enzymatic saccharification is a method of saccharifying lignocellulose by enzymes such as cellulase or hemicellulase, since it is possible saccharification under mild conditions than the acid saccharification, there is no limitation of the device material, conveniently also treated effluent it is. しかし、リグノセルロース中のセルロースはリグニンおよびヘミセルロースによって覆われており、酵素が容易にセルロースへの接触できないため糖化率が低いのが一般的である。 However, the cellulose in lignocellulose is covered with lignin and hemicellulose, the low glycation rate for enzymes not easily contact to the cellulose is common. そこで、酵素糖化率向上のために微粉砕処理、加圧熱水処理、蒸煮・爆砕処理などの物理的前処理と、酸やアルカリなどの薬品による化学的前処理が主に研究されている。 Therefore, milled to improve enzymatic saccharification rate, pressurized hot water treatment, physical pretreatment such as steaming, steam explosion treatment, a chemical pretreatment with chemicals such as acids and alkalis have been mainly studied.

物理的前処理のうち微粉砕処理は、微粉砕化によってセルロースを覆っているリグニンやヘミセルロースの一部を剥離させ、酵素がセルロースに接触させる頻度を上げることによって、糖化を促進させることを目的とした前処理方法である。 Milled out of physical pretreatment it was detached part of lignin and hemicellulose which covers the cellulose by finely pulverized, by increasing the frequency at which the enzyme is contacted to the cellulose, and aims to promote saccharification it is the pre-treatment method.
加圧熱水処理は、高温の熱水によりリグニンやヘミセルロースを軟化しセルロースと分離する方法である。 Pressurized hot water treatment is a method of separating the cellulose to soften the lignin and hemicellulose by high temperature heat water. 更に、加圧熱水処理により軟化した後、機械的粉砕処理を行った処理物に対し、酵素による糖化を行う方法も知られている(特許文献3参照)。 Furthermore, after softened by pressurized hot water treatment, to treated product was subjected to mechanical grinding process, has been known a method of performing saccharification by enzyme (see Patent Document 3).
またバイオマスを高温高圧処理後、瞬時に大気圧またはその付近の低温低圧条件下に放出してする蒸煮・爆砕処理方法では、セルロースを覆っているリグニンとヘミセルロースに亀裂を生じさせることによって、酵素がセルロースに接触可能となる(特許文献4参照)。 Also after biomass high temperature and high pressure treatment, the atmospheric pressure or steaming, steam explosion processing method by releasing a low temperature and pressure conditions of near instantaneously, by creating cracks in lignin and hemicellulose which covers the cellulose, enzymes thereby enabling contact with the cellulose (see Patent Document 4).

化学的前処理は、薬剤により、セルロースを覆っているリグニンやヘミセルロースを軟化もしくは溶解させることによって除去し、セルロースを表面に露出させることによって酵素糖化を可能とする前処理である。 Chemical pretreatment agent by, removed by softening or dissolving lignin and hemicellulose which covers the cellulose, is a process prior to permit enzymatic saccharification by exposing the cellulose surface. 特許文献5のようなアルカリ処理が代表的な化学的前処理であるが、セルラーゼやヘミセルラーゼなどの多糖分解酵素は中性から弱酸性領域で処理する必要があるため、糖化前に薬品の除去もしくはpHを調整する工程が必要となる場合がある。 While alkaline treatment as described in Patent Document 5 is a typical chemical pretreatment, for polysaccharide degrading enzymes such as cellulase and hemicellulase may need to be processed with weakly acidic region from neutral, the removal of chemicals prior to saccharification or in some cases the step of adjusting the pH is required.

特許文献3の方法は、多大なエネルギーコストがかかり、特許文献4の方法も同様にエネルギーコストがかかると同時に、バッチ処理しか行うことができない。 The method of Patent Document 3, it takes a great deal of energy cost, while at the same time the method of Patent Document 4 is similarly energy costly, can only be done batch processing. 特許文献5は前記のように、中和工程を必要とするなど、夫々欠点がある。 Patent Document 5 as described above, such as requiring a neutralization step, there is a respective disadvantages.

また、植物、特に木本植物の組織は、セルロースやヘミセルロース等のような高分子多糖が強固に結合した複合ポリマー構造となっている。 Moreover, plants, especially woody plant tissue, polymeric polysaccharide is a tightly bound complex polymer structures, such as cellulose and hemicellulose. 従って、酵素糖化を行う際には、セルラーゼに加え、各種ヘミセルロースの分解酵素を併用する手法が研究されている。 Therefore, when performing enzymatic saccharification, in addition to cellulases, methods used in combination degrading enzyme for various hemicellulose have been studied.

複数の酵素を用いる糖化方法としては、リグノセルロースをセルラーゼとキシラナーゼ等の補助酵素を用いる方法(特許文献6)、リグノセルロース(Miscanthus x giganteus)をAFEX前処理法(ammonia fiber explosion:アンモニア繊維爆砕法)で行ってからセルラーゼとキシラナーゼで酵素糖化を行う方法(非特許文献5)、木質系バイオマスを、アンモニア、アルカリ及び可塑剤等で処理した後、複数の酵素により糖化を行う方法(特許文献7)等がある。 The saccharification process using a plurality of enzymes, a method of lignocellulose using an auxiliary enzyme such cellulase and xylanase (Patent Document 6), lignocellulose (Miscanthus x giganteus) the AFEX pretreatment methods (Ammonia fiber explosion: Ammonia Fiber Explosion Method ) method of performing enzymatic saccharification in cellulase and xylanase after performing (non-patent document 5), a woody biomass, ammonia, after treatment with alkali and plasticizers, a method of performing a saccharification by multiple enzymes (Patent Document 7 ), and the like.

特許文献6の方法はリグニンが含まれる樹皮には適用できない。 The method of Patent Document 6 can not be applied to the bark that contains lignin. また非特許文献5の方法は、多大なエネルギーを必要とする。 The method of Non-Patent Document 5 require a large amount of energy. また特許文献7については真空設備を必要とし、多数の薬品を必要とするなどの問題があった。 Also require vacuum equipment for Patent Document 7, there are problems such as requiring a large number of chemicals.

特開2006−75007号公報 JP 2006-75007 JP 特開2006−246711号公報 JP 2006-246711 JP 特開2006−136263号公報 JP 2006-136263 JP 特開昭59−204997号公報 JP-A-59-204997 JP 特開2008−092910号公報 JP 2008-092910 JP 特表2005-523720号公報 JP-T 2005-523720 JP 特開2008-535664号公報 JP 2008-535664 JP

本発明においては、樹皮の糖化方法について、糖類の収率をさらに向上させ、同時に、より簡便かつ低エネルギーでの糖化を可能とする方法を提供することを課題とする。 In the present invention, the saccharification process the bark, further improve the sugar yield, at the same time, and to provide a method that allows the saccharification at a more convenient and low energy.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果以下の方法を取る。 The present inventors take a result of intensive studies following method in order to solve the above problems.
すなわち、本発明の第1は、木本植物の樹皮を、アルカリ化合物水溶液中に浸漬するアルカリ処理工程と、該アルカリ処理工程からのアルカリ処理樹皮を機械的破砕処理する工程と、該機械的破砕処理した樹皮を酵素で糖化処理する酵素糖化処理工程を有し、該酵素糖化処理工程でペクチナーゼ及びセルラーゼを酵素として同時に使用することを特徴とする木本植物の樹皮の糖化方法である。 That is, the first present invention, the bark of woody plants, the alkali treatment step of dipping in an alkali compound in an aqueous solution, a step of mechanically crushing the alkali treatment bark from the alkali treatment step, the mechanical disruption have treated bark enzymatic saccharification step of saccharifying enzyme treated a saccharification process the bark of woody plants, characterized in that the pectinase and cellulase enzyme saccharification process used simultaneously as an enzyme.

本発明の第2は、前記セルラーゼが、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、ベータグルコシダーゼ、からなる群より選択される1種類以上である、本発明の第1に記載の木本植物の糖化方法である。 The second of the present invention, the cellulase is endoglucanase, exoglucanase, beta-glucosidase, one or more selected from the group consisting of a saccharification process of woody plant according to a first aspect of the present invention.

本発明の第3は、前記ペクチナーゼが、ペクチンエステラーゼ、ペクチンリアーゼ、ペクチン酸リアーゼ、エキソポリガラクツロナーゼ、エンドポリガラクツロナーゼ、ラムノガラクツロナーゼ、からなる群より選択される1種類以上である、本発明の第1〜2のいずれかに記載の木本植物の糖化方法である。 The third of the present invention, the pectinase, pectinesterase, pectin lyase, pectate lyase, exo polygalacturonase, endopolygalacturonase, in rhamnogalacturonase, one or more selected from the group consisting of there is a second 1-2 saccharification method woody plant according to any one of the present invention.

本発明の第4は、前記アルカリ化合物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、アンモニア、からなる群より選択される1種類以上である、本発明の第1〜3のいずれかに記載の木本植物の樹皮の糖化方法。 The fourth of the present invention, the alkali compound is sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, calcium oxide, sodium carbonate is sodium hydrogen carbonate, ammonia, one or more selected from the group consisting of, the saccharification process the bark of woody plants according to the first to third one of the present invention.

本発明の第5は、前記木本植物が、グランディス(grndis)種、グロブラス(globulus)種、ナイテンス(nitens)種、カマルドレンシス(camaldulensis)種、デグラプタ(deglupta)種、ビミナリス(viminalis)種、ユーロフィラ(urophylla)種、ダニアイ(dunnii)種およびこれらの交雑種からなる群より選ばれるユーカリ(Eucalyptus)属に属する木本植物である、本発明の第1〜4のいずれかに記載の木本植物の糖化方法である。 The fifth present invention, wherein the woody plant is grayed Landis (grndis) species, globulus (globulus) species, Naitensu (nitens) species, camaldulensis (camaldulensis) species, Deguraputa (deglupta) species, Biminarisu (viminalis) seeds, Euro filler (urophylla) species, is Daniai (dunnii) species and eucalyptus (eucalyptus) woody plant belonging to the genus selected from the group consisting of crossbred, according to first to fourth one of the present invention it is a method for saccharification of woody plants.

本発明によって、糖類の収率をさらに向上させ、同時に、より簡便かつ低エネルギーでの糖化を可能とする樹皮の糖化方法を提供することが可能となった。 The present invention, further improve the sugar yield, at the same time, it has become possible to provide a method for saccharification of bark to allow saccharification at more convenient and lower energy.

以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。 It will be specifically described embodiments of the present invention.
本発明でバイオマス原料として用いられるのは、木本植物の樹皮である。 For use as biomass material in the present invention is the bark of woody plants. 樹種については、特に限定されないが、好ましくはユーカリ( Eucalyptus )属、さらに好ましくはグランディス( grandis )種、グロブラス( globulus )種、ナイテンス( nitens )種、カマルドレンシス( camaldulensis)種、デグラプタ( deglupta )種、ビミナリス( viminalis )種、ユーロフィラ( urophylla )種、ダニアイ( dunnii )およびこれらの交雑種である。 The species is not particularly limited, preferably eucalyptus (Eucalyptus) genus, more preferably grandis (grandis) seed, globulus (globulus) species, Naitensu (nitens) species, camaldulensis (camaldulensis) species, Deguraputa (deglupta) seed is Biminarisu (viminalis) species, Euro filler (urophylla) species, Daniai (dunnii) and their hybrids.

樹皮原料は、入手できる状態のままで原料とすることができる。 Bark raw material may be a raw material in the state available. 通常、搬送時の取り扱い性等を考慮して数cm に裁断ないし粉砕されている状態のものであればそのまま処理することが好ましい。 Usually, it is preferable to directly process as long as the condition being cut or ground to a few cm 2 in consideration of handling property and the like during transportation. 樹皮原料のサイズは小さいほど処理しやすいが、本発明の方法では、前処理工程において処理された樹皮は解繊処理により少ないエネルギーコストで容易に微細化できるので、乾燥樹皮原料を過度に微細化処理することは避けることが好ましい。 The size of the bark material easy to process smaller, but in the method of the present invention, since the pretreatment step treated bark in can be easily miniaturized with less energy costs by fibrillation treatment, excessively fine dry bark material processing that it is preferable to avoid that.

以下に、本発明の工程を順に説明する。 Hereinafter, a process of the present invention in order.
入手した原料樹皮は、アルカリ化合物水溶液中に浸漬するアルカリ処理工程に供する。 Raw material bark obtained is subjected to alkaline treatment step of immersing the alkali compound in the aqueous solution.
用いるアルカリ化合物としては、樹皮を柔化せしめるものであれば特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、アンモニア等が好適に用いられる。 The alkali compound to be used is not particularly limited as long as it allowed to soft bark, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, calcium oxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate, ammonia or the like is preferably used. その中でも水酸化ナトリウムが特に好適である。 Sodium hydroxide among these are particularly preferred.
また、アルカリ処理工程においては、アルカリ化合物水溶液中に必要に応じて任意の他の薬品、例えば亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム等を添加することが可能である。 In the alkali treatment step, any other chemicals if necessary to alkali compound in the aqueous solution, can be added such as sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite.

上記アルカリ化合物の添加量は、樹皮を柔化せしめることが可能であればよく、特に限定されないが、乾燥樹皮質量に対して0.1%以上が好ましく、さらに好ましくは6〜20%である。 The addition amount of the alkali compound may be any capable allowed to soft bark is not particularly limited, preferably at least 0.1% by dry bark mass, more preferably from 6 to 20%.
アルカリ処理工程における処理温度は、樹皮を柔化せしめることが可能であればよく、特に限定されないが、好ましくは10〜300℃、さらに好ましくは25〜95℃である。 Treatment temperature in the alkali treatment step may be any capable allowed to soft bark is not particularly limited, is preferably 10 to 300 ° C., more preferably from 25 to 95 ° C..
アルカリ処理工程の処理時間は、樹皮を柔化せしめることが可能であればよく、特に限定されないが、好ましくは10分〜72時間、さらに好ましくは1時間〜17時間である。 Processing time of the alkali treatment step may be any capable allowed to soft bark is not particularly limited, preferably 10 minutes to 72 hours, more preferably 1 hour to 17 hours.

前記アルカリ処理を行った樹皮は、そのまま酵素処理工程に供することもできるが、酵素反応効率を向上させるためには、機械的破砕処理を経てから酵素処理工程に供することが望ましい。 Bark subjected to the alkali treatment can also be directly subjected to the enzyme treatment step, in order to improve the enzymatic reaction efficiency, it is desirable to provide the enzyme treatment step from the through mechanical crushing process.
機械的破砕処理に用いる機械は、前記した前処理の程度によって異なり、リグニンが充分に溶解されている場合には、パルプを離解する離解機あるいは、パルプを叩解するリファイナーが使用できる。 Machine used for mechanical disruption treatment is different depending on the degree of pre-processing described above, when the lignin is sufficiently dissolved, disintegrator defibrating the pulp or refiner for beating pulp can be used. また、前処理におけるリグニン溶解の程度が低い場合には、木材から機械パルプを製造する際に使用されるグラインダーやリファィナーを用いて摩砕してする。 Further, when the degree of lignin dissolved in the pretreatment is low, and triturated with grinder and Rifaina used in the manufacture of mechanical pulp from wood. グラインダーとしてはストーンロールにリグノセルロース材料を押し付けて摩砕するストーングラインダーが好ましく、例えばシリンダーにより押し付けるポケットグラインダー、チェーンにより押し付けるチェーングラインダーが使用できる。 Stone grinder is preferably triturated pressing lignocellulosic material to stone roll as grinder, for example a pocket grinder pressing the cylinder, a chain grinder pressing by a chain can be used. ストーンとしては、天然石、セメントストーン、セラミックストーンなどが使用できる。 The stone, natural stone, cement stone, such as ceramic stone can be used. また、石臼式のグラインダーも使用できる。 In addition, the grinder of millstone type can also be used.

リファイナーとしては、木材から機械パルプを製造する際に用いられる各種高濃度リファイナー機を使用することができる。 The refiner can be used various high concentration refiner machine used in making the mechanical pulp from wood. リファイナーの型としては、固定板と回転する1枚のディスクにより摩砕するシングルディスクリファイナー、2枚の逆回転するディスクにより摩砕するダブルディスクリファイナー、固定板を挟んで両側の回転するディスクにより摩砕するツインディスクリファイナーが使用できる。 Types of refiner, single disc refiner trituration with one disc which rotates with the fixing plate, double disc refiner trituration with two counter-rotating discs, grinding the both sides of the rotating disk across the fixed plate twin disc refiner that can be used. また、回転板が平板ではなく円錐型であるコニカルディスクリファイナーも使用できる。 Furthermore, conical disc refiner rotation plate is a conical rather than flat can also be used. グラインダーやリファィナーでは、摩砕効率を維持するために温水シャワーなどを使用して摩砕機内の目詰まりを防ぎながら摩砕処理が行われる。 The grinder or Rifaina, trituration while preventing clogging in the attritor using such hot water showers in order to maintain the milling 砕効 rate is performed.
なお、アルカリ処理された樹皮は、そのまま機械的破砕処理に供しても良いが、固液分離により、固形分と液分に分けて固形分のみを処理に供しても良い。 Incidentally, the alkali-treated bark is may be directly subjected to mechanical disruption treatment, by solid-liquid separation, it may be subjected only solids process is divided into solid and liquid content. 固液分離手段としては、フィルター等を用いた常圧下での濾過のほか、加圧濾過、吸引濾過や、遠心分離手段を用いることができる。 The solid-liquid separation means, in addition to filtration under normal pressure using a filter or the like, can be used pressure filtration, or suction filtration, centrifugal separation means.

前述したアルカリ処理工程、もしくはアルカリ処理工程後さらに機械的破砕処理によって処理された樹皮は、そのまま、もしくは必要に応じて洗浄した後、次工程である酵素処理工程に適したpHに調整して酵素処理工程に供する。 Aforementioned alkali treatment step bark which has been treated or further by mechanical disruption treatment after the alkali treatment step, is directly, or after washing if necessary, adjusted to pH suitable for the enzyme treatment step which is the next step enzyme subjected to the treatment process.
本発明の酵素処理工程においては、酵素としてセルラーゼ及びペクチナーゼを使用する。 In the enzyme treatment step of the present invention uses a cellulase and pectinase as an enzyme.
セルラーゼとしては、公知のものから適宜選択して使用可能であり、特に限定されないが、例えば、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、ベータグルコシダーゼ等が使用可能である。 The cellulase may be used appropriately selected from known ones, but are not limited to, e.g., endoglucanase, exoglucanase, beta-glucosidase and the like can be used. またこれらを複数任意に組み合わせて使用することも可能である。 It is also possible to use a combination of these multiple arbitrarily.
なお、市販のセルラーゼ製剤としては、トリコデルマ(Trichoderma)属、アクレモニウム属(Acremonium)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、ファネロケエテ(Phanerochaete)属、トラメテス属(Trametes)、フーミコラ(Humicola)属、バチルス(Bacillus)属などに由来するセルラーゼ製剤がある。 As the commercially available cellulase preparations, Trichoderma (Trichoderma) genus Acremonium (Acremonium) genus Aspergillus (Aspergillus) genus, Fanerokeete (Phanerochaete) genus Trametes spp (Trametes), Fumikora (Humicola) genus Bacillus (Bacillus ) there is a cellulase preparation derived from such to the genus. このようなセルラーゼ製剤の市販品としては、例えば、セルロイシンT2(エイチピィアイ社製)、メイセラーゼ(明治製菓社製)、ノボザイム188(ノボザイム社製)、マルティフェクトCX10L(ジェネンコア社製)等(以上全て商品名)が挙げられる。 Examples of commercially available products of such cellulase preparations, for example, (manufactured by Eichipyiai Co.) cell leucine T2, meicelase (manufactured by Meiji Seika Kaisha, Ltd.), (manufactured by Novozymes) Novozym 188, Marti transfected CX10L (Genencor Inc.) and the like (all trade name) and the like.

ペクチナーゼとしては、公知のものから適宜選択して使用可能であり、特に限定されないが、 The pectinase is usable appropriately selected from known ones, but are not limited to,
例えば、ペクチンエステラーゼ、ペクチンリアーゼ、ペクチン酸リアーゼ、エキソポリガラクツロナーゼ、エンドポリガラクツロナーゼ、ラムノガラクツロナーゼが使用可能である。 For example, pectin esterase, pectin lyase, pectate lyase, exo polygalacturonase, endopolygalacturonase and rhamnogalacturonase be used. またこれらを複数任意に組み合わせて使用することも可能である。 It is also possible to use a combination of these multiple arbitrarily.
また、本発明で使用するセルラーゼとペクチナーゼの組み合わせと添加比率は特に限定されないが、作用温度とpH範囲が類似であるセルラーゼとペクチナーゼを組み合わせて使用することが好ましい。 Also, combinations and the addition ratio of cellulase and pectinase for use in the present invention is not particularly limited, it is preferable to effect the temperature and pH range using a combination of cellulase and pectinase are similar.
なお、本発明で使用するセルラーゼ及びペクチナーゼは、市販の製剤や、既に単離されたものを用いてもよく、また、微生物、真菌、酵母、細菌、植物等の生物により生産された後、発酵液をそのまま添加する等によって、単離せずこれを生産した生物ごと添加してもよい。 Incidentally, cellulases and pectinases used in the invention, commercially available formulations and already may be used those isolated, also microorganisms, after being produced by the fungus, yeast, bacteria, plant organisms, fermentation such as by adding the liquid as it is, or may be added every organism that produced it without isolation.
また、酵素処理工程における温度、pH、及び処理時間は特に限定されず、用いる原料や酵素の特性等に合わせて適宜調整することができる。 The temperature in the enzyme treatment step, pH, and the processing time is not particularly limited, it may be appropriately adjusted according to the characteristics of the raw materials and the enzyme or the like used.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Then shows an embodiment illustrating the present invention in more detail, the present invention is not limited to the following examples.
以下に示す各実施例において、%は、特に断りがない限りは全て質量%である。 In each example below,% is particularly all unless otherwise specified mass%.

(実施例1) (Example 1)
ユーカリ・グロブラスの樹皮を約4cm角に切断し、以下の試験に用いた。 The bark of Eucalyptus globulus was cut into approximately 4cm square, it was used in the following test.
上記樹皮の質量絶乾600gに対して、水酸化ナトリウム120g、樹皮に含まれる水分も含めて全体の含水率が3kgになるようにイオン交換水を加えて調製した。 Relative to the weight absolute dry 600g of the bark, sodium hydroxide 120 g, total water content in the water, including that contained in the bark was prepared by adding ion exchange water to a 3 kg.
この混合物を25℃にて17時間静置することによりアルカリ処理を施した。 Was subjected to alkali treatment by 17 hours stand at the mixture 25 ° C..
アルカリ処理後、篩を用いて樹皮とアルカリ溶液を分離し、この樹皮をさらに高濃度レファイナー(熊谷理機工業製)を用いて、クリアランス1mmにて破砕処理を行った。 After alkali treatment, the sieve separates the bark and alkali solution was used to using the bark higher concentrations refiner (manufactured by Kumagai Riki Kogyo) was subjected to disruption treatment at clearance 1 mm.
次に、破砕処理した樹皮が固形分濃度10%になるようにイオン交換水を添加し、濃硫酸を用いてpHが5になるように調整したのち、セルラーゼ(MultifectCX10L、ジェネンコア協和製)、ペクチナーゼ(Peclyve FR acid、Lyven社製)を最終濃度それぞれ2.5%、1%になるように添加し、温度50℃、120rpmで振盪反応させて酵素糖化処理を行った。 Next, after crushing the treated bark ion-exchanged water was added so that the solid content concentration of 10%, was adjusted to pH 5 with concentrated sulfuric acid, cellulase (MultifectCX10L, manufactured by Genencor Kyowa), pectinase (Peclyve FR acid, manufactured by Lyven Co.) to a final concentration each of 2.5%, was added to a 1%, temperature 50 ° C., with shaking reaction was carried out enzymatic saccharification process at 120 rpm. 24時間後、上清の全糖濃度を測定した。 After 24 hours, to measure the total sugar concentration of the supernatant. なお全糖濃度はフェノール硫酸法で測定し、グルコースの標準液で作成した検量線から全糖濃度を計算した。 Incidentally total sugar concentration was measured by the phenol-sulfuric acid method was used to calculate the total sugar concentration from the calibration curve prepared with a standard solution of glucose. また、グルコース濃度はバイオセンサー(BF4、王子計測機械製)を用い測定した。 Further, the glucose concentration was measured using a biosensor (BF4 @, manufactured by Oji machine).

(比較例1) (Comparative Example 1)
セルラーゼ(MultifectCX10L)を最終濃度2.5%使用、ペクチナーゼを使用せずに酵素糖化処理を行った以外、全て実施例1と同様の方法で処理を行い、全糖濃度、グルコース濃度を同様に測定した。 Cellulase (MultifectCX10L) final concentration of 2.5% using a non-subjected to enzymatic saccharification process without the use of pectinase, performs processing in the same manner as in Example 1, total sugar concentration, glucose concentration was measured in the same manner.

(比較例2) (Comparative Example 2)
実施例1で使用したものと同様の4cm角に切断した樹皮を、アルカリ処理を行わず、高濃度レファイナー(熊谷理機工業製)を用いて、クリアランス1mmにて破砕処理を行った。 The bark was cut into 4cm angle similar to that used in Example 1, without performing the alkali treatment, using high concentration refiner (manufactured by Kumagai Riki Kogyo) was subjected to disruption treatment at clearance 1 mm.
次に、破砕処理した樹皮が固形分濃度10%になるようにイオン交換水を添加し、濃硫酸でpH5に調整した後、セルラーゼ(MultifectCX10L、ジェネンコア協和製)、ペクチナーゼ(Peclyve FR acid、Lyven社製)を最終濃度それぞれ2.5%、0.1%になるように添加して、実施例1と同様な条件で酵素糖化処理を行ったのち、反全糖濃度、グルコース濃度を同様に測定した。 Then, ion-exchanged water was added thereto so as crushed treated bark becomes a solid concentration of 10%, was adjusted to pH5 with concentrated sulfuric acid, cellulase (MultifectCX10L, Genencor Kyowa), pectinase (Peclyve FR acid, Lyven Inc. Ltd.) to a final concentration of each of 2.5%, was added to a 0.1%, after the enzymatic saccharification process was carried out under the same conditions as in example 1, were anti-total sugar concentration, glucose concentration was measured in the same manner.

実施例1、比較例1〜2の全糖濃度、グルコース濃度を表1に示す。 Example 1, total sugar concentration of Comparative Examples 1-2, the glucose concentration is shown in Table 1.

表1から、樹皮をアルカリ前処理せずに酵素処理すると、糖の生産量が非常に低く、アルカリ処理を施すことにより、酵素反応が順調に進行することが示された。 From Table 1, when the bark of enzymatic treatment without alkali pretreatment, production of sugar is very low, by performing the alkali treatment, it was shown that the enzyme reaction proceeds smoothly. さらにペクチナーゼとセルラーゼを同時に反応させると、全糖生産量だけではなく、グルコース生産量も向上することが示された。 If further simultaneously reacting the pectinase and cellulase, as well as total sugar production, it was shown to also improve glucose output. 樹皮中の高分子複合構造がペクチナーゼによって崩れ、セルラーゼのセルロースに対する分解が促進されたためと考えられる。 Collapse polymer composite structure in bark by pectinase, degradation to cellulose cellulase is considered because it was promoted.

木質バイオマスである樹皮から酵素処理による糖の生産量を向上する方法を提供する。 It provides methods for improving the production of sugar by enzymatic treatment from the bark of woody biomass. 酵素処理によって得られた糖はバイオエタノールをはじめ様々な発酵産物の原料として供給可能である。 Sugar obtained by the enzyme treatment can be supplied as a raw material for beginning various fermentation products bioethanol.

Claims (5)

  1. 木本植物の樹皮を、アルカリ化合物水溶液中に浸漬するアルカリ処理工程と、該アルカリ処理工程からのアルカリ処理樹皮を機械的破砕処理する工程と、該機械的破砕処理した樹皮を酵素で糖化処理する酵素糖化処理工程を有し、該酵素糖化処理工程でペクチナーゼ及びセルラーゼを酵素として同時に使用することを特徴とする木本植物の樹皮の糖化方法。 Bark woody plants, the alkali treatment step of dipping in an alkali compound in an aqueous solution, to saccharification process and steps, the mechanical disruption-treated bark enzyme mechanically crushing the alkali treatment bark from the alkaline treatment step with enzymatic saccharification process, the saccharification process the bark of woody plants, characterized by simultaneous use pectinase and cellulase enzyme saccharification process as an enzyme.
  2. 前記セルラーゼが、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、ベータグルコシダーゼ、からなる群より選択される1種類以上であることを特徴とする請求項1記載の木本植物の樹皮の糖化方法。 The cellulase, endoglucanase, exoglucanase, beta-glucosidase, claim 1 saccharification method bark woody plants, wherein a is one or more selected from the group consisting of.
  3. 前記ペクチナーゼが、ペクチンエステラーゼ、ペクチンリアーゼ、ペクチン酸リアーゼ、エキソポリガラクツロナーゼ、エンドポリガラクツロナーゼ、ラムノガラクツロナーゼ、からなる群より選択される1種類以上であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の木本植物の樹皮の糖化方法。 Wherein said pectinase is characterized pectinesterase, pectin lyase, pectate lyase, exo polygalacturonase, endopolygalacturonase, rhamnogalacturonase, that is one or more selected from the group consisting of saccharification process the bark of woody plant according to any one of Items 1-2.
  4. 前記アルカリ化合物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、アンモニア、からなる群より選択される1種類以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の木本植物の樹皮の糖化方法。 The alkali compound, characterized in that sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, calcium oxide, sodium carbonate is sodium hydrogen carbonate, ammonia, one or more selected from the group consisting of, claim 1 saccharification method of the bark of woody plants according to any one to 3 of.
  5. 前記木本植物が、グランディス(grndis)種、グロブラス(globulus)種、ナイテンス(nitens)種、カマルドレンシス(camaldulensis)種、デグラプタ(deglupta)種、ビミナリス(viminalis)種、ユーロフィラ(urophylla)種、ダニアイ(dunnii)種およびこれらの交雑種からなる群より選ばれるユーカリ(Eucalyptus)属に属する木本植物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の木本植物の樹皮の糖化法。 The woody plants, Grandis (grndis) species, globulus (globulus) species, Naitensu (nitens) species, camaldulensis (camaldulensis) species, Deguraputa (deglupta) species, Biminarisu (viminalis) species, Euro filler (urophylla) species , Daniai (dunnii) species and the bark of woody plants according to any one of the preceding claims, characterized in that a woody plant belonging to eucalyptus (eucalyptus) genus selected from the group consisting of crosses saccharification how.
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